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• Vol. X, Núm. 1 • Enero-Abril 2016 •
El científico frente a la sociedad Artículo de opinión
Resumen
Los residuos minero-metalúrgicos que se encuentran expuestos a la
intemperie son una fuente de contaminación que pueden afectar la
salud de la población, deteriorar la calidad del hábitat y reducir la
biodiversidad. Las situaciones donde estos residuos constituyen un
riesgo potencial y permanente se denominan pasivos ambientales
mineros. Las estrategias de remediación son más efectivas entre mejor
se conozca la magnitud de la contaminación, su potencial de dispersión
y su toxicidad potencial. En este artículo se mencionan las ventajas
de usar sedimentos como medio de muestreo y algunas de las
metodologías para su análisis que han sido utilizadas con éxito. Se
concluye con las recomendaciones de: a) generar mapas donde se
puedan visualizar fácilmente las áreas más contaminadas; b)
complementar los mapas con información local sobre la movilidad
de los elementos potencialmente tóxicos, su asociación con otros
metales, así como las características del medio ambiente que podrían
afectar su toxicidad, y; c) considerar aspectos políticos y sociales
asociados con el pasivo ambiental minero.
Palabras clave: contaminación, metal, pasivo ambiental minero,
sedimento, toxicidad.
_________________________________
1 Missouri State University, Department of Geography, Geology and Planning. 901 S. National Ave., Springfield, MO, EUA. 65897.
2 Dirección electrónica del autor de correspondencia: mgutierrez@missouristate.edu
Abstract
The mining-metallurgical wastes that lay exposed to the weather
represent a source of contamination that can affect public health,
deteriorate the quality of the habitat and reduce biodiversity.
Cases where these wastes constitute a permanent and potential
risk of contamination are known as mining environmental liability
situations. Remediation strategies are more effective the better
known the degree of contamination, its potential for dispersion
and its potential toxicity. This article lists the advantages of
using sediments as sampling medium and some methodologies of
analysis that have been reported as successful. The author
concludes with these recommendations, to (a) generate
concentration maps where areas of highest contamination are
visually identifiable, (b) provide complementary local information
about mobility of potentially toxic elements, their association
with other metals, and environmental characteristics that may
influence their toxicity, and (c) consider political and social
aspects associated with mining environmental liability .
Keywords: contamination, metal, mining environmental
liability, sediment, toxicity.
Metal content in sediments: a tool to assess mining liabilities
Contenido de metales en sedimentos: una herramienta
para evaluar pasivos ambientales mineros
MÉLIDA GUTIÉRREZ1,2
L
Son numerosas las situaciones donde los jales mineros se encuentran en estado de abandono y
sin planes para ser remediados, lo cual representa un grave problema a nivel mundial (Hudson-
Edwards et al., 2011; Gutierrez et al., 2016).
Introducción
os residuos generados por la extracción de metales del subsuelo, también conocidos
como jales mineros, representan un peligro para el entorno, ya que fácilmente pueden
contaminar acuíferos, aguas superficiales, suelos o sedimentos (Romero et al., 2008).
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MÉLIDA GUTIÉRREZ: Contenido de metales en sedimentos: una herramienta para evaluar
pasivos ambientales mineros
En este artículo se discuten las condiciones bajo
las cuales los elementos potencialmente tóxicos (EPT)
afectan al entorno, se mencionan las ventajas de usar
sedimentos como medio de muestreo en estudios de
reconocimiento y algunas de las metodologías para
su análisis que han sido utilizadas con éxito.
Pasivos ambientales mineros
Hacia finales del siglo XIX y principios del siglo
XX, las compañías mineras fueron especialmente
trascendentales al proveer los metales que la nueva
industria pesada requería (Figura 1). Para lograrlo,
utilizaron la nueva tecnología disponible
incrementando su capacidad de extracción y
refinación (Rodríguez-Vázquez et al., 2010; Hudson-
Edwards et al., 2011; Melo-Cuervo, 2011). A la vez,
favorecieron a las economías locales al crear nuevos
empleos (Castro-Larragoitia et al., 1997). Sin
embargo, los depósitos son finitos y al acabarse el
mineral, las compañías, ya sin razón para existir,
terminaron por disolverse dejando el entorno afectado
en mayor o menor medida, tanto físicamente (túneles,
oquedades, apilamientos de material, lodos de lagunas
de contención) como químicamente (residuos
potencialmente tóxicos, cuya toxicidad aumenta con
el tiempo de exposición) (Romero et al., 2008;
Romero et al., 2011, Gutiérrez et al., 2015). Estas
situaciones donde residuos mineros constituyen un
riesgo potencial y permanente para la salud de la
población y de contaminación al entorno se conocen
como "pasivos ambientales mineros" (Russi y
Martínez-Alier, 2002; Melo-Cuervo, 2011). El Cuadro
1 presenta algunos lugares afectados por residuos
mineros.
Figura 1. Fundición de Avalos Chihuahua (1905-1993). Ahora
abandonada, operó como beneficiadora de plomo, plata y zinc
con una capacidad para 250 toneladas diarias.
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La extracción de metales como fierro, cobre,
plomo y zinc produce enormes volúmenes de
producto. Aunque cada proceso es único, a grosso
modo consiste en la extracción del mineral, seguido
por concentración del metal por uno o varios métodos
(p. ej., flotación). El concentrado se comercializa y
los residuos se apilan en la superficie, a la intemperie.
Dentro de los residuos, es común encontrar otros
metales (metales asociados) y metaloides como
arsénico (Zuomis et al., 2001; Gutiérrez-Ruiz et al.,
2007; Rodríguez-Vázquez et al., 2010). La toxicidad
de estos residuos varía dependiendo de los elementos
potencialmente tóxicos (EPT) presentes, su
concentración, tipo de material geológico en contacto
con los EPT y condiciones de pH (Salomons y
Förstner 1984; Zuomis et al., 2001; Romero et al.,
2008). Algunos metales, como el cadmio, son tóxicos
aún en concentraciones muy pequeñas. Para otros
metales la toxicidad depende de su estado de
oxidación (p. ej., arsénico, cromo), mientras que otros
producen acidez al oxidarse, p. ej., oxidación de fierro
de FeS2 a Fe(OH)3 (Romero et al., 2011). Un medio
ácido favorece la disolución y movilidad de metales,
promoviendo que se alcancen niveles tóxicos en los
medios receptores (Förstner, 2004; Martínez Sánchez
et al., 2008; Romero et al., 2011; Lynch et al., 2014).
Sedimentos
Las investigaciones sobre contaminación por
residuos mineros se realizan en varios medios de
muestreo: agua, aire, jales, suelos, o sedimentos
Cuadro 1. Algunos casos de pasivos ambientales mineros.
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(Salomons y Förstner 1984; Förstner, 2004) o
combinaciones de ellos (Gutiérrez-Ruiz et al., 2007;
Romero et al., 2008; Romero et al., 2011). Dentro
de estos medios, los sedimentos sobresalen por su
capacidad de representar la contaminación del
entorno, al retener información de los EPT durante
un intervalo mayor de tiempo y por la inevitable
exposición de EPT una vez que las escorrentías
atraviesan la superficie en su travesía hacia el río o
arroyo. La capacidad de los metales de adsorberse
preferentemente en la fase sólida, reteniéndose en
los sedimentos, se describió como la «memoria» de
los sedimentos por Förstner (2004). Dentro de esta
fase sólida, el mayor poder de adsorción se concentra
en la fracción fina, la que está compuesta por arcillas,
óxidos de fierro y manganeso, y materia orgánica
(Salomons y Förstner, 1984; Axtmann y Luoma,
1991). En contraste, componentes inorgánicos en la
fracciones de limo grueso y arena son casi inertes
en cuanto a adsorción y retención de metales
(Axtmann y Luoma, 1991).
Con base en su recorrido a través del entorno
se distinguen tres tipos de contaminación: a)
contaminación primaria, en donde los residuos están
en alrededor de lo que fuera la mina o centros de
refinación del mineral; b) contaminación secundaria,
cuando agua o viento han dispersado los EPT de su
sitio original, y; c) contaminación terciaria, donde el
metal se ha movilizado luego de haberse transformado
a una forma móvil (Martínez-Sánchez et al., 2008;
García-Lorenzo et al., 2012).
Distribución espacial de la
contaminación
Una manera efectiva de analizar la distribución
de EPT en un área afectada por jales mineros es
ubicando las concentraciones de EPT en un mapa,
por ejemplo, usando un sistema de información
geográfica (SIG), y seguido de análisis estadísticos
como box-plot, kriging o componentes principales
(Carranza, 2009; Chiprés et al., 2009; Gutiérrez et
al., 2015). Una herramienta que se ha utilizado con
éxito en las últimas décadas se basa en aplicar la
metodología descrita anteriormente a la geoquímica
de sedimentos (Chiprés et al., 2009; Gutiérrez et al.,
2012), donde se consideran tanto la concentración de
metales en el sedimento como su relación con el medio
geológico.
Otra ventaja de usar geoquímica de sedimentos
consiste en la posibilidad de contar con una extensa
base de datos, lo que fortalece el análisis estadístico.
Gracias a la memoria de los sedimentos, los datos
reportados en otros estudios se pueden añadir a la
base de datos propia, siempre y cuando la metodología
de análisis sea la misma. Para hacer esta ventaja
accesible a investigadores, las agencias gubernamentales
de servicios geológicos de Estados Unidos (USGS),
Canadá, y México (SGM) analizaron muestras de de
sedimentos como parte del programa North America
Landscape Project en 2002. El servicio geológico
USGS tiene estos datos disponibles en: http://
mrdata.usgs.gov/geochem/. Existen otras bases de
datos (p. ej., la agencia de suelos USDA reporta
concentraciones en suelos).
Los datos reportados en estas bases de datos fueron
obtenidos utilizando una metodología estándar. Esta
metodología consiste en aislar del sedimento las partículas
menores de 2 mm (por tamizado) seguido por digestión
con aqua regia y determinación de metales por
espectrometría (ICP-MS). A esta concentración se le
denomina la concentración total, aunque en realidad es
una aproximación (suficientemente cercana) a la
extracción total obtenida con ácido fluorhídrico (HF).
El agente extractor varía de agua a HF, sin
embargo, el más comúnmente utilizado para
determinación de concentración total, mencionada
arriba, es aqua regia, una mezcla de HCl y HNO3.
Tessier et al. (1979) propusieron una técnica de
digestión de cinco pasos con un solvente más fuerte
en cada extracción, y es una técnica ampliamente
utilizada por investigadores (Förstner, 2004; García-
Lorenzo et al., 2012). La cantidad de metal obtenida
en cada una de las extracciones se relaciona con su
grado de movilidad en el entorno.
Bases de datos cubriendo regiones a escala
regional, aunque utilizadas originalmente para la
identificación de depósitos minerales, han sido
ampliamente usadas con éxito en estudios de
contaminación (Chiprés et al., 2009, Gutiérrez et al.,
2012, Gutiérrez et al., 2015). El gran número de datos
(200 a más de 1,000) de estas bases de datos hace
posible la utilización de métodos estadísticos complejos
(Carranza, 2009; Chiprés et al., 2009)
MÉLIDA GUTIÉRREZ: Contenido de metales en sedimentos: una herramienta para evaluar
pasivos ambientales mineros
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En cuanto a la representación visual, las
concentraciones se ubican en su localización geográfica
para así obtener un mapa de concentración donde se
puedan identificar fácilmente las áreas de
enriquecimiento, especialmente si se cuenta con una
cobertura de datos adecuada. El mapa puede resaltar,
por ejemplo, la separación entre áreas más y menos
contaminadas usando como separación valores límites
de toxicidad reportados en la literatura, p. ej.,
MacDonald (2000).
Sedimentos vs. suelos
Es costumbre reportar concentraciones de
metales para suelos o para sedimentos por separado,
por ser medios con características y propiedades
diferentes (Cannon et al., 2004, Grunsky et al., 2009),
también el reportar la profundidad a la que se tomó la
muestra de suelo o sedimento, ya que las propiedades
físicas y químicas varían con la profundidad.
Los suelos generalmente se estudian con
respecto a su capacidad para sustentar vegetación
(usos agrícola, forestal, etc.) mientras que los
sedimentos incluyen al material sólido que se
encuentra bajo agua, ya sea de manera temporal o
permanente (Salomons y Förstner, 1984). Los
sedimentos son afectados químicamente en forma
más indirecta que los suelos y, además, es de
esperarse que haya una cierta homogenización de
las propiedades químicas durante este proceso; otra
razón por la que la mayoría de estudios de
contaminación ambiental se realizan en sedimentos.
Toxicidad
La toxicidad de sedimentos ha sido objeto de
numerosos estudios (MacDonald, 2000; Förstner, 2004;
Besser et al., 2009). Valores límite PEC y SQG, siglas
en inglés para «probable effect concentration» y
«sediment quality guidelines» son concentraciones
a partir de las cuales la vida acuática muestra evidencia
de estar siendo afectada. Estos valores son
determinados con base en cambios de comportamiento
(o porcentajes de mortalidad) para uno o varios
organismos y para un hábitat en particular, por lo que,
en teoría, estos límites son válidos para solamente el
área en donde se determinaron; p. ej., los grandes lagos
(Long y Morgan, 1990) y el área central de los Estados
Unidos (MacDonald et al., 2000).
La toxicidad está íntimamente relacionada con
la movilidad, ya que bajo ciertas condiciones de pH y
redox, los EPT que se encuentran adsorbidos en la
fase sólida pueden retomar su forma disuelta,
aumentando su bioaccesibilidad. La movilidad de EPT
se determina midiendo la cantidad que se desprende
por extracción. El EPT será menos movible si se
desprende únicamente por un ácido fuerte (p. ej.,
ácido nítrico concentrado) y más movible si se
deprende al estar en contacto con agua o con un
ácido débil (Tessier et al., 1979).
Un dato interesante es que de haber piedra
caliza presente en el sistema, ésta produce un efecto
buffer que neutraliza la acidez, resultando en un
aumento del pH y, por consiguiente, reduciendo el
poder de disolución y la toxicidad de la mayoría de
los metales (MacDonald, 2000).
La toxicidad es, asimismo, dependiente del
estado de oxidación (redox) del sistema. Por lo
general, las especies reducidas son más tóxicas (por
ejemplo, As+3 es más tóxico que As+5). Una excepción
es el cromo, para el cual la forma oxidada es más
tóxica.
Conclusiones
Los residuos minero-metalúrgicos, en especial
aquellos que se encuentran abandonados, pueden
crear una severa contaminación, afectar la salud de
la población, deteriorar la calidad del hábitat y reducir
la biodiversidad. La solución a este problema es la
remediación del área, lo cual es un procedimiento
complejo, ya que requiere de grandes inversiones y
de la cooperación de los sectores político, social, y
científico. Dentro de la contribución científica se
recomienda realizar los análisis necesarios para: a)
generar mapas donde las áreas más contaminadas
se puedan visualizar fácilmente y, b) complementar
este mapa con información sobre la movilidad de los
elementos potencialmente tóxicos, su asociación con
otros metales, así como las características del medio
ambiente que podrían afectar su toxicidad. Esta
información es indispensable para que los tres
sectores unidos logren diseñar una mejor estrategia
que minimice el daño ecológico y proteja la integridad
del ecosistema y la salud de la población.
MÉLIDA GUTIÉRREZ: Contenido de metales en sedimentos: una herramienta para evaluar
pasivos ambientales mineros
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Este artículo es citado así:
Gutiérrez, M. 2016. Contenido de metales en sedimentos: una herramienta para evaluar pasivos ambientales mineros.
TECNOCIENCIA Chihuahua 10(1): 1-5.
MÉLIDA GUTIÉRREZ: Contenido de metales en sedimentos: una herramienta para evaluar
pasivos ambientales mineros
Resumen curricular de la autora
MÉLIDA GUTIÉRREZ. Tiene un doctorado en geohidrología otorgado por la Universidad de Texas en El Paso en 1992 y un posgrado en
en ciencias ambientales otorgado en 1987 por el Instituto de Hidrología de Delft Holanda. Desde 1993 labora en el departamento de
Geografía, Geología y Planeación de la Universidad del Estado de Missouri en Springfield, Missouri. Imparte los cursos de Geología
Física, Geoquímica y Recursos hídricos a nivel de licenciatura y maestría. Ha dirigido 9 tesis de maestría. Es autora de 49 artículos
científicos, más de 60 ponencias en congresos, y es árbitro de varias revistas científicas de circulación internacional. Ha escrito
3 capítulos de libros sobre sustentabilidad de agua en Chihuahua, en colaboración con investigadores mexicanos.
